Занимательная навигация. Путеводные светила. Часть 6.


Ранее мы обсудили проблемы, возникающие при создании карты, пригодной для морской навигации. Впрочем, это уже не наши сложности – на руках у нас готовый бумажный лист, отображающий на плоскости какой-либо участок сферической земной поверхности. Но как определить, в какой точке этой карты мы находимся, особенно в открытом море, где кругом только вода и какие-либо наземные ориентиры отсутствуют?

 

Классический пример решения этой задачи при отсутствии штурманских инструментов приведен в романе Жюля Верна «Таинственный остров». Используя в качестве угломерного инструмента две палочки, соединенные шипом акации, и произведя вычисления острой раковиной на плоском камне, неунывающие герои романа определили с точностью плюс – минус 150 миль (или 2,5градуса) координаты неизвестного острова, на который занес их воздушный шар.

 

Сначала они определили угловую высоту над горизонтом звезды Альфа Южного Креста и после необходимых поправок вычислили широту (напомним, дело происходило в южном полушарии). Рассчитать долготу они сумели благодаря наличию исправно идущего хронометра. Хронометр сохранил время меридиана, который был принят за нулевой, и позволил найти разницу во времени наступления полдня на нулевом меридиане и меридиане острова. Зная, что Солнце в своем кажущемся движении проходит 15 градусов в час, путешественники без труда получили искомый результат.

 

Карманный хронометр оказался единственным точным прибором, доступным островитянам. Но, располагая широкими знаниями, практическими навыками и, говоря по-современному, готовностью креативно решать стоящие перед ними проблемы, они добились успеха. Однако надежное и точное определение координат в морских условиях требует применения специальных штурманских приборов.

 

Прежде всего для измерения высот небесных тел необходим угломерный инструмент, и на протяжении веков человечество испробовало в его качестве множество разнообразных приспособлений, начиная с простейших. На суше для вычисления угловой высоты Солнца (главной путеводной звезды древних навигаторов) годился просто вертикальный шест, и основой для расчетов становилось соотношение его высоты и длины отбрасываемой им тени.

 

Этот метод использовался и мореплавателями, но он подходил только для тихой солнечной погоды и не годился для пеленгования навигационных звезд. А измерять высоты светил приходилось при самых разных условиях – при качке, дымке, в сумерках. Почти две тысячи лет основным угломерным инструментом навигаторов была астролябия (от греческих слов «звезда» и «беру»).

 

Предполагается, что астролябия была известна классику астрономии Клавдию Птолемею еще во II в. н. э. К VIII в. она широко распространена на арабском Востоке, а с начала второго тысячелетия – в Европе. Астролябия в общем виде представляла собой круг с нанесенными на него шкалами для отсчета и небольшим кольцом вверху для подвешивания. В центре круга на оси вращалась визирная линейка, или алидада (рис. 1).

 

Для определения высоты светила астролябию подвешивали за верхнее кольцо, один участник измерений наводил визиры на небесное тело, другой снимал отсчет. Для большей устойчивости к ветру и качке астролябию утяжеляли, но и этого бывало недостаточно – приходилось привлекать третьего помощника, который держал инструмент за кольцо.

 

Для достижения наибольшей точноти этот прибор должен быть довольно крупным и массивным, но в музеях мира хранится немало «карманных» астролябий, изготовленных из золота и украшенных затейливой резьбой – в общем, в те времена астролябия служила не только практическим целям, но и была свидетельством высокого статуса ее владельца, наподобие современных дорогих мобильников или наручных часов.

 

А самые «навороченные» модели тех времен представляли собой настоящие компьютеры, только механические – благодаря набору поворотных дисков с нанесенными на них хитроумными шкалами можно было производить множество разнообразных вычислений (в частности, тригонометрических функций) и даже составлять гороскопы!

 

Простейшую астролябию можно сделать и самому – если не из золота, то хотя бы из картона (рис. 2). Крайне просты в изготовлении и такие угломерные инструменты древности, как квадрант (рис. 3), а также градшток, он же «Посох Иакова» (рис. 4), называемый так по имени изобретателя Иакова бен Макира и достаточно удобный и точный при использовании в морских условиях.

 

Участники знаменитой экспедиции Тура Хейердала на папирусном паруснике «Ра» успешно использовали для определения широты самодельный «носометр» из пары дощечек – нечто среднее между астролябией и квадрантом (рис. 5). Однако только появление секстана в руках штурмана позволило уверенно и точно измерять вертикальные, а при необходимости и горизонтальные углы.

 

Секстан, или секстант (допускаются оба написания) – угломерный инструмент, используемый для измерения величины угла между двумя видимыми объектами. Существенной особенностью его является то, что визирование предметов, между которыми измеряется угол, осуществляется одновременно. Для этого необходимо совместить изображения обоих наблюдаемых объектов (например, горизонта и солнечного диска) при помощи отражения одного из них в поворотном зеркале (рис. 6).

 

(Нижнее, т.е. неподвижное зеркало совмещено с прозрачным стеклом, что и позволяет одновременно видеть в окуляре оба визируемых объекта – один «напрямую», а другой в виде отражения, посылаемого поворотным зеркалом). Для определения направления вертикали (искусственного горизонта) в современных секстанах служит жидкостной уровень или гироскоп, что позволяет использовать прибор, не наблюдая естественную линию горизонта – например, если она затянута дымкой.

 

Два человека независимо друг от друга изобрели секстан: в 1731 г. английский механик и астроном Джон Гадлей и в 1732 г. американский изобретатель Томас Годфри. А название прибора связано с тем, что длина шкалы секстана составляет 1/6 от полного круга, или 60°.

 

Итак, измерив высоту над горизонтом Солнца или другой навигационной звезды, мы можем вычислить географическую широту. На практике придется дополнить полученный отсчет кое-какими поправками, учитывающими погрешности инструмента, условия, время и дату измерений.

 

Точно определить долготу места по разности между местным часовым углом светила и его значением на момент наблюдений для меридиана Гринвича до недавнего времени можно было, только используя хронометр. Первый хронометр был сконструирован в 1735 г. Д. Гаррисоном, но приоритет англичанина оспаривают французы, утверждая, что современный хронометр примерно тогда же изобретен их соотечественником Леруа.

 

Зная наши координаты, мы можем проложить на карте кратчайший и безопасный путь к нужной нам точке. С помощью транспортира, используя нанесенные на карту меридианы, мы наметим, каким курсом должны плыть. А как, говоря поморскому, лечь на этот курс вашему судну? И от чего отмерять направления на море, когда и берегов-то не видно?

 

Определение направлений в море стало важнейшей задачей для человека с первых попыток освоения водной стихии. И очень давно люди поняли, что делать это на поверхности Земли надежнее всего по небесным ориентирам. Первым таким ориентиром стало Солнце. Выявив строгую закономерность его видимого суточного и годового движения, еще в древности по Солнцу стали определять стороны света.

 

Направление восток—запад было главным в античном мире. На две части – восточную (дневную) и западную (ночную) делил Землю Гомер. С началом христианской эры с восточной стороной связывалось ожидаемое второе пришествие Христа и направление, в котором находится библейский рай. До средних веков отсчет направлений начинался от восточного.

 

Кстати, историки, изучавшие скандинавские саги о плаваниях викингов, обнаружили, что древние мореходы умели ориентироваться по Солнцу, даже когда оно было закрыто облаками. Для этого они смотрели на небо через специальный «солнечный камень» – видимо, прозрачный минерал, обладающий поляризационными свойствами и позволявший определить, в каком направлении за облаками находится Солнце.

 

Также очень давно, наблюдая ночное вращение небесного свода, путешественники заметили, что ось этого вращения проходит очень близко от звезды из созвездия Малой Медведицы, звездочки не самой яркой в северной части небосвода, но примечательной постоянством своего местоположения на ночном небе. Найти ее в ясную погоду нетрудно – главное, не перепутать Малую Медведицу с Большой, которую следует использовать лишь в качестве ориентира (рис. 7).

 

Китайцы называли эту звезду «Единственной неба», а во всем мире к ее названию добавляли «Путеводная». И когда сформировалось представление о полюсах Земли, расположенная почти над Северным полюсом звезда стала называться Полярной. Благодаря постоянству на небосводе Полярная звезда много веков служит и для вычисления широты места наблюдателя, о чем мы говорили раньше, и для отсчета направлений.

 

В разных странах в прошлом главными считали разные стороны света – восток в Древней Греции, юг в Китае, где даже о «Единственной неба» говорили, что она «смотрит» на юг (очевидно, с севера?). Современные навигаторы ведут отсчет от направления на Северный полюс, причем долгое время существовало убеждение, что это направление на Полярную звезду.

 

Казалось бы, на что шкиперу маломерного судна все эти «звездные премудрости»? Действительно, вряд ли вы станете обзаводиться секстаном и ломать голову над переводными таблицами, находясь сравнительно недалеко от берега. В конце концов, есть GPS, доступный в наши дни даже простому грибнику. Однако время от времени поднимать голову к небесам все же стоит.

 

Именно по той причине, что плаваете вы в одном и том же более – менее локальном районе, «привязать» положение Солнца к сторонам света в разное время суток и года достаточно несложно. Если вы запомните его дневной ход, это может сослужить добрую службу. Не исключена вероятность того, что новомодная техника в самый ответственный момент откажет (например, из-за банальной разрядки батареек), и при отсутствии компаса только Солнце укажет вам путь домой – скажем, если в узкой шхере с однообразными берегами вы не можете сообразить, где вход, а где выход (на реке, по крайней мере, поможет направление течения!).

 

В северных широтах сориентироваться по Солнцу можно даже в полдень – в это время оно будет располагаться от вас к югу (если вы сторонник точности, не забывайте, правда, что летнее время сдвинуто относительно поясного на час вперед). Восход и закат примерно укажут на восток и запад (причем тем примернее, чем севернее вы находитесь – за Полярным кругом в летнее время Солнце не заходит вообще). Полярная звезда положения своего не меняет, хотя для «маломерщиков» она представляет собой скорее теоретическую навигационную ценность, поскольку по ночам эта категория судоводителей обычно предпочитает отсиживаться на берегу.

 

Как и в случае с Полярной звездой, люди очень долго полагали, что и стрелка компаса указывает точно на север. Большинство историков науки считает, что компас придумали китайцы, хотя существует мнение, что он применялся моряками Средиземноморья еще во времена Карфагена и вообще был занесен на Восток воинами Александра Македонского.

 

Во всяком случае, явление магнетизма было открыто задолго до нашей эры. Греки связывали это явление с именем Геракла, а китайцы рассуждали о материнской любви магнита к железу. В Европе даже существовало поверье, будто прибрежные скалы из магнитного железняка притягивают к себе корабли, имеющие железные детали, и могут вытаскивать из их корпусов скрепляющие гвозди, отчего корабли разваливаются и гибнут.

 

Судя по наиболее древнему дошедшему до нас описанию компаса, он представлял собой яйцеобразный кусок магнетита, помещенный в ложечку, лежащую на отполированной бронзовой пластине. Магнетит устанавливал ложечку вдоль линии север-юг. Много веков тому назад появились конструкции, в которых для уменьшения трения магнитная стрелка подвешивалась на нити, устанавливалась на кончике вертикальной иглы или плавала в жидкости, прикрепленная к поплавку. Кстати, последний вариант можете соорудить сами – дети будут в восторге!

 

Надо всего лишь намагнитить иголку или кусок скрепки (либо постоянным магнитом, либо при помощи импровизированной катушки индуктивности из куска тонкого провода и батарейки), воткнуть получившуюся стрелку в кусок пробки и поместить в чашку с водой – простейший компас готов (рис. 8).

 

Правда, имейте в виду, что и сделанная вами для забавы игрушка, и главный компас океанского лайнера показывают отнюдь не на север. И дело тут не только в том, что магнитный полюс Земли не совпадает с географическим… Подробнее об особенностях использования главного спутника моряка, девиации и магнитном склонении – в следующем номере.

 

Евгений Курганов.

 

Источник:  «Катера и Яхты»,  №216.

 

Оставить комментарий

Комментарии: 0